Скорость распространения волны вдоль некоронирующей линии равна скорости света c:

. (3.28)

Скорость распространения волны вдоль коронирующей линии:

(3.29)

Чем больше амплитуда фронта импульса, тем выше будет емкость линииС_д и, следовательно, ниже скорость распространения волны. На рис. 3.5 представлена деформация фронта волны, вызванная уменьшение скорости распространения волны с увеличением напряжения.

Рис. 3.5. Деформация фронта волны: 1 – недеформированная волна; 2 - деформированная волна

Разобьем шкалу напряжения на уровни U₁, U₂, U₃, U₄ и т.д., что соответствует по оси времени t₁, t₂, t₃, t₄. В момент времени t₁ вспыхнула корона при напряжении U₁, скорость движения волны уменьшилась, поэтому напряжение U₂ будет достигнуто ко времени t₂, т.е. наклон линии фронта уменьшился. С каждым последующим моментом времени напряжение растет, поэтому наклон линии фронта будет уменьшаться сильнее. Сглаженный фронт волны вызывает меньшие перенапряжения, т.е. импульсная корона – это положительное явление.

4. Высоковольтные испытательные установки и измерение высоких напряжений

4. 1. Одноступенчатый генератор импульсных напряжений

Генератор импульсных напряжений (ГИН) вырабатывает единичный импульс высокого напряжения и предназначен для испытаний изоляции на импульсную прочность.

Принципиальная схема одноступенчатого ГИНа представлена на рис. 4.1.

Рис. 4.1. Схема одноступенчатого ГИНа: Тр – высоковольтный трансформатор; V– вентиль; R_з– зарядный резистор;С_г– емкость генератора; Р – шаровой разрядник;R_хв– хвостовой резистор;r_ф– фронтовой резистор;С_ф– фронтовая емкость

ГИН работает в двух стадиях: 1) заряд; 2) разряд. Во время первой стадии производится заряд емкости генератора С_г через зарядный резистор R_з и вентиль V от высоковольтного трансформатора Тр до напряжения U₀. Зарядный резистор R_з (1 МОм) защищает вентиль и трансформатор от перегрузки, заряд длится несколько минут. Затем оператор сводит шары разрядника Р, происходит пробой воздушного промежутка между ними, начинается вторая стадия: разряд емкости С_г через R_хв и одновременный заряд емкости С_ф.

Рис. 4.2. Формирование волны

Заряд емкости Сф идет в соответствии с уравнением

, (4.1)

где Т_ф – постоянная времени фронта волны: .

Одновременно идет разряд Сг через Rхв:

, (4.2)

где Т_в – постоянная времени волны: .

Волна (рис. 4.2), вырабатываемая ГИНом, представляет собой суперпозицию двух экспонент (4.1) и (4.2). Волна имеет крутой фронт, так как T_ф << T_в, потому что R_хв >> r_ф и С_г >> C_ф.

Связь параметров волны с параметрами схемы. Найдем зависимость длительности фронта волны τ_ф(для краткости говорят: «длина волны», имея в виду длину волны по оси времени, измеренную в мкс) от фронтовой емкости C_Фи фронтового резистора r_ф, а также длины волны τ_вот емкости генератора С_ги хвостового резистора R_хв. На рис. 4.3 представлена форма реальной волны, вырабатываемой ГИНом.

Рис. 4.3. Реальный и условный фронт волны

Фронт волны недостаточно линеен, поэтому отметим уровни 0,3U и 0,9U и проведем через точки A и B прямую линию. Эта линия пересечет ось абсцисс в точке A₁ и уровень U в точке B₁. Расстояние, измеренное по оси абсцисс между точками A₁ и B₁, – это длительность условного фронта волны τ_ф. Время, в течение которого волна достигла уровня 0,3U, обозначим t₁, а уровня 0,9U – t₂, тогда:

1. в момент времени t = t₁

; (4.3)

2. в момент времени t = t₂

. (4.4)

Составим систему уравнений:

(4.5)

Преобразуем (4.5)

(4.6)

Разделим первое уравнение (4.6) на второе и потенцируем

, , . (4.7)

Треугольник АВС подобен А₁В₁С₁, поэтому

, , , . (4.8)

Подставим (4.7) в (4.8):

, , , . (4.9)

В величину фронтовой емкости включается емкость испытуемого объекта. Длиной волны считается время, за которое напряжение уменьшилось в два раза. Запишем равенство:

. (4.10)

Преобразуем:

, , (4.11)

По рекомендации Международной электрической комиссии (МЭК) волна должна иметь параметры: длина фронта мкс и длина волны мкс. Сокращенная запись параметров волны:

.

В России испытания проводят стандартной волной с параметрами 1,5/40, эти величины укладываются в допуски, рекомендованные МЭК.